CC BY
203
УДК 620.18:537.531
Рентгеновская толщинометрия в прокатном производстве цветных металлов
В.В. Клюев1'2, Б.В. Артемьев1, И.Б. Артемьев2, З.В. Клюев2
1 Ассоциация «СПЕКТР-ГРУПП», 119048, Москва, Российская Федерация, Усачева ул., д. 35, стр. 1
2 ЗАО НИИИН МНПО «СПЕКТР», 119048, Москва, Российская Федерация, Усачева ул., д. 35, стр. 1
X-ray Thickness Gauging in Non-Ferrous Metal Rolling
V.V. Klyuev1'2, B.V. Artemiev1, I.B. Artemiev2, Z.V. Klyuyev2
1 Association «Spektr-Group», 119048, Moscow, Russian Federation, Usachev St., Bldg. 35, Block 1
2 Closed joint-stock company «Research Institute of Introscopy of MSIA «Spectrum» (JSC «Spectrum-RII»), 119048, Moscow, Russian Federation, Usachev St., Bldg. 35, Block 1
e-mail: [email protected], [email protected]
Рентгеновская толщинометрия — метод измерения, позволяющий определять толщину металлического проката с высокой точностью при изменении температуры металла от нуля до температуры, близкой к точке плавления и высоких скоростях перемещения изделия. Погрешность измерения не зависит от изменения температуры. Однако изменение химического состава проката вносит существенную погрешность в результаты измерения, так как передаточная функция измерительного тракта толщиномеров нелинейно зависит от энергии зондирующего излучения, толщины и химического состава изделия. Новые цифровые рентгеновские толщиномеры серии РИТ10 свободны от этого недостатка, что позволяет измерять с их помощью толщину проката на прокатных станах в процессе производства для широкой номенклатуры цветных металлов и сплавов на их основе.
Ключевые слова: рентгеновский контроль, толщинометрия, рентгеновская толщи-нометрия.
X-ray thickness measurement is a method of determining the thickness of rolled metals with high accuracy when the metal temperature changes from zero to a temperature close to the melting point, and the product moves at high speed. The measurement accuracy does not depend on the temperature change. However, changing the chemical composition of the metal products leads to significant errors in the measurement results as the transfer function of the thickness gauge measuring path depends nonlinearly on the energy of the probing radiation, thickness, and chemical composition of the product. The new digital X-ray thickness gauges series RIT10 do not have this shortcoming, and allow you to measure thickness of rolled metals in rolling mills during the production process for a wide range of non-ferrous metals and their alloys.
Keywords: X-ray inspection, thickness measurement, X-ray thickness measurement.
Методы толщинометрии в машиностроении используются повсеместно. Прямые механические измерения — самый простой в использовании и распространенный метод, но порой существуют ограничения, не позволяющие его применять: высокая температура или скорость перемещения объекта, односторонний доступ к
объекту контроля, сложная форма поверхности и внутренней структуры [1]. Для преодоления этих проблем возможно использование иных, косвенных методов измерения: акустического, магнитного, вихретокового, радиоволнового или радиометрического, разновидности которых приведены в табл. 1.
Таблица 1
Методы измерения толщины
Метод Разновидность
Акустический Эхо
Резонансный
Магнитный Магнитостатические
Индукционный
Вихретоковый Частотный
Амплитудный
Фазовый
Комбинированный
Радиоволновый Амплитудный
Поляризационный
Частотно-фазовый
Амплитудно-фазовый
Геометрический
Радиометрический Абсолютный
Компенсационный
Акустические методы позволяют измерять толщины металлов и пластиков в диапазонах: 0,15...2 мм — резонансный метод, 0,5...60 мм — эхо-метод. Основными мешающими факторами являются изменение температуры окружающей среды и шероховатость поверхности изделия. При изменении температуры на 55 °С скорость звука в стали уменьшается на 1 %, что вносит в результаты измерения дополнительную погрешность. На сегодняшний день максимальная частота акустических преобразователей выросла до 2 ГГц, что позволяет акустической микроскопии достигать микронных разрешений.
Магнитный метод измерения предназначен для измерения толщины немагнитных покрытий в диапазоне 0.120 мкм и никелевых — 0.100 мкм на деталях различных форм и размеров, в том числе и на деталях сложной конфигурации. Подавляющая часть толщиномеров с электромагнитами предназначена для лабораторных измерений толщин в диапазоне 0.200 мкм. По сравнению с приборами, снабженными постоянными магнитами, они обеспечивают несколько большую точность измерений и возможность контроля покрытий на деталях с меньшими размерами и большей кривизной поверхности, однако уступают по диапазону измеряемых толщин, простоте конструкции и удобству эксплуатации.
Широкое распространение получили индукционные толщиномеры. Это приборы, у которых практически все недостатки толщиномеров
пондеромоторного действия отсутствуют. Принцип их действия основан на измерении изменений магнитного сопротивления цепи, состоящей из ферромагнитной основы изделия, измерительного преобразователя и немагнитного зазора между ними, соответствующего толщине покрытия.
Для измерения толщины стенки ферромагнитных труб в поточном производстве созданы магнитные микрометры. Измерения проводят методом магнитного моста, два плеча которого составляют стандартная и контролируемая трубы, два других — сердечник электромагнита. В перемычке моста в качестве измерительного элемента применен феррозонд. Прибор предназначен для измерения труб диаметром 30.102 мм с толщиной стенок 1,5.8 мм. Погрешность измерений составляет 3.4 % при скорости контроля до 2,5 м/с.
Вихретоковые методы — частотный, амплитудный, фазовый — позволяют измерять толщину диэлектрических покрытий на проводящем покрытии с микронной точностью до толщин, несколько меньших величины половины скин-слоя, размер которого зависит от частоты излучения. Вихретоковые толщиномеры применяют для контроля толщины электропроводящих листов, пленок, пластин, покрытий на них, стенок труб, цилиндрических и сферических баллонов. Для большинства толщиномеров изоляционного покрытия на проводящем основании диапазон измеряемых толщин составляет 5 мкм.2 мм, в специальных приборах — до 50 и даже до 400 мм, а для толщиномеров электропроводящего слоя — 0,005.2 мм и для толщиномеров проводящих покрытий на проводящем основании — 0,005 мкм.0,3 мм. Погрешность измерения составляет около 1.3 %.
Толщины скин-слоя для различных частот, используемых при вихретоковом контроле, приведены ниже:
Частота, МГц................... 0,1 1 10
Толщина скин-слоя, мкм........ 210 66 21
Относительная погрешность измерений толщины для достаточно однородных диэлектриков составляет 1.3 %. Переходя к абсолютным величинам, это составит 50.100 мкм на длине волны 3 см и 20..30 мкм в восьмимиллиметровом диапазоне для контроля теплозащитных покрытий толщиной 2.16 мм на металлических корпусах. Для контроля толщины стеклянных полотен при производстве технического стекла с погрешностью ±0,1 мм использу-
ются частоты в районе 9,3 ГГц. Разновидностью амплитудно-фазового метода является СВЧ-импедансный метод контроля толщины и удельного сопротивления полупроводниковых, эпитаксиальных и диффузионных слоев. Например, полупроводниковых пластин толщиной 300...2 000 мкм и диаметром 30...40 мм, германиевых пластин с эпитаксиальными слоями 0.300 мкм, кремниевых пластин с диффузионными слоями 25.50 мкм и др. Амплитудно-фазовый метод пригоден для активного контроля толщины диэлектрических изделий и покрытий. Применение рупорно-линзовых антенн позволяет получить высокие значения КСВ = 120 и обеспечить точность до 1 % в диапазоне длин волн 3,2.10 см при поперечных перемещениях листа до А0/6.
В последнее время проходной микроволновый метод стали применять для контроля толщины тонких металлических покрытий, используя значительную крутизну затухания СВЧ-радиоволн в металле. Практически амплитудно-фазовый метод становится чисто амплитудным. Толщину сверхтонких металлических слоев и покрытий до 500 нм можно контролировать проходным микроволновым излучением с высокими точностью и чувствительностью. Например, для измерения толщины покрытий из серебра на зеркальных стеклах, покрытий из алюминия на конденсаторной ленте и компакт-дисках. Диапазон измеряемых толщин современных приборов составляет 5.250 нм с погрешностью ±3 %. Для расширения диапазона измеряемых толщин необходимо увеличивать рабочую длину волны, но точность при этом будет снижаться.
Принципиальное отличие рентгеновского метода от всех прочих методов измерения толщины, в том числе от контактных методов измерения, состоит в измерении не реальных размеров, изменяющихся при переменах температуры или давления, а количества атомных слоев, сквозь которые проходит пучок зондирующего излучения [2] (обычно направляемый по нормали к плоскости контролируемого объекта) (рис. 1).
Существуют два подхода измерения толщины [3]: измерение ослабления прошедшего сквозь объект излучения (рис. 1, а) и измерение интенсивности отраженного от объекта излучения (рис. 1, б). Первый требует двустороннего доступа к объекту контроля и применяется для измерения толщин металла 20.100 000 мкм, а второй работает при одностороннем доступе к объекту и применяется для измерения толщин тонких (до 25 мкм) пленок.
Рис. 1. Схемы измерения толщины: а — двусторонний доступ к объекту; б — односторонний доступ к объекту; 1 — источник излучения;
2 — контролируемая толщина; 3 — детектор;
4 — свинцовый экран; 5 — подложка; 6 — напыленная пленка
Развитие металлургической отрасли потребовало создания и внедрения автоматизированных контрольно-измерительных комплексов, обеспечивающих в процессе работы прокатных станов и агрегатов резки и сортировки металла непрерывный контроль толщины изделий, преимущественно трубных и листовых. В конце прошлого века были разработаны и поставлены на серийное производство аналоговые бесконтактные рентгеновские толщиномеры (РТ) холодного (РТХ) и горячего (РТГ) проката, основанные по компенсационной схеме измерения. Такие толщиномеры могли работать только с черным металлом (нелегированные стали). Для линеаризации передаточной функции в приборах использовались аналоговые логарифматоры и нелинейные участки вольт-амперных характеристик фотоэлектронных умножителей. Суммарная погрешность измерения толщины в этих приборах составляла 2-3 % от измеряемого номинала. Они требовали калибровки перед каждым измерением. В 1987 г. начались работы по созданию первого в СССР цифрового рентгеновского толщиномера на выпускаемых в СССР процессорах 1810 серии, буквально за год до этого запущенных в серийное производство электронной промышленностью. Первый в СССР цифровой прибор был внедрен на Магнитогорском металлургическом комбинате в 1988 г. [4].
За последние годы был создан и внедрен на Кировском заводе по обработке цветных металлов ряд цифровых рентгеновских толщиномеров типа РИТ10, построенных на базе новых патентованных высокостабильных источников и приемников рентгеновского излучения [5-9], вычислительных устройств и современных электронных компонентов. Данный подход обеспечил автоматизацию и высокую достоверность контроля, чувствительность и быстродействие рентгеновских толщиномеров, их эксплуатационную надеж-
ность и минимальные погрешности измерения для широкой номенклатуры черных и цветных металлов и сплавов.
При создании рентгеновских толщиномеров возникает несколько проблем: линеаризация передаточной функции, стабилизация потока зондирующего излучения как по спектру, так и по интенсивности, работа с различными сплавами. Вместе с тем важно сузить спектральное распределение энергии потока, в идеале это монолиния изотопного источника, так как при прохождении излучения через контролируемый объект за счет фильтрации изменяется его спектральное распределение, что приводит к необходимости изменять корреляционные коэффициенты поправок на хи-
мический состав материала. Зависимость поправочного коэффициента Zd/Z % на химический состав контролируемого материала для различных напряжений на аноде рентгеновской трубки (70, 100, 120, 140) и материалов (сплав НМЦ, бронза) по сравнению с медью (сплав М1) показана на рис. 2. На графиках хорошо видно, что они зависят от анодного напряжения, толщины и химического состава контролируемого материала. Очевидно, что линеаризация передаточной функции с приемлемой погрешностью < 0,2 % возможна только с использованием цифровой обработки измерительных данных.
Погрешность измерения рентгеновского толщиномера, как радиометрического прибора,
г/я = 70кВ
[/, = ЮОкВ
1е + 8
1е + 3
10
1000
100 1000
X, мм
Ы1
10 000
1е + 9
1е + 8
-Ю^ ё 1е + 7
1е + 6
1е + 5
100 1000
г, мм
10 000
и. = 120 кВ
ия= 140 кВ
1е + 9
-1000
100 1000
г, мм
10 000
1е + 9
о4 1е + 8
N5"
100 3
« н
и В 1е + 7
г 4
N
10
1е + 6
1е + 5
-1000
■4= -100
10 000
г, мм
Рис. 2 (начало). Зависимости величины поправок на химический состав контролируемого материала от толщины измеряемого материала для анодных напряжений 70 кВ, 100 кВ, 120 кВ, 140 кВ: а — бронза; 1 — /¿-медь (сплав М1); 2 — /¿-бронза; 3 — ДТд 4 — толщина дополнительного слоя бронзы; 5 — 2.л/2., %
U„ = 70кВ
U, = ЮОкВ
1е + 8
1000 1е + 9
1е + 3
1е + 9
1е + 8
1е + 7
1е + 6
1е + 5
100 1000 10 ООО
Z, мм
U„ = 120 кВ
100 1000
z, мм
10 000
1000
1е + 8
10 S 1е + 7
1е + 6 :
1е + 5
1000 1е + 9
1е + 8
1е + 7
1е + 6
1е + 5
б
100 1000 10 000
z, мм
ия= 140 кВ
1000
100 1000 Z, мм
10 000
Рис. 2 (окончание). Зависимости величины поправок на химический состав контролируемого материала от толщины измеряемого материала для анодных напряжений 70 кВ, 100 кВ, 120 кВ, 140 кВ: б — сплав НМЦ; 1 — Zd-медь (сплав М1); 2 — /¿-НМЩ; 3 — Aid; 4 — толщина дополнительного слоя НМЦ1; 5 — Zd/Z, %
во многом определяется величиной отношения сигнал—шум. Необходимое быстродействие зависит от требуемой скорости изменения продольной и поперечной разнотолщинности изделий. Разнотолщинность образуется на различных технологических участках прокатного стана, в том числе из-за нарушения планшетно-сти, увеличения скорости движения прокатного изделия сверх допустимой, износа оборудования клети стана, несимметричности усилий нажимных агрегатов и других факторов. Поэтому при создании новых РТ предъявляются высокие требования по чувствительности и быстродействию, выполнение которых позволит обеспечить 100%-ный контроль проката
при максимальной производительности производственного оборудования.
На основе научных и экспериментальных исследований разработаны и внедрены на предприятиях металлургической и трубопрокатной отраслей промышленности рентгеновские толщиномеры (РТ): РИТ-10.1, РИТ-10.2, РИТ-10.3, РИТ-10.4, РИТ-10.5, РИТ-10.6, характеристики которых приведены в табл. 2. Они позволяют контролировать толщину стального и цветного листового и трубного проката с переменной толщиной стенки и изменяющейся геометрией с погрешностью измерения не более 0,2 % от измеряемого значения с номенклатурой толщин 0,002.25 мм, на многоклетьевых
Таблица 2
Основные параметры рентгеновских толщиномеров
Характеристика Толщиномеры холодного проката
РИТ-10.6 РИТ-10.5 РИТ-10.4 РИТ-10.2
Контролируемый материал Медь
Диапазон, по меди, мм 1-18 0,1-3,5 0,2-4,5 0,02-1,0
Систематическая составляющая погрешности, % ±0,2 ±0,05 ±0,2 ±0,1
Среднеквадратическое отклонение случайной сост. погрешности, % 0,1 0,1 0,1 0,1
Быстродействие, с 0,1 0,1 0,1 0,1
Нелинейность выходного сигнала (отклонение от номинала), % ±0,025 ±0,025 ±0,025 ±0,025
и реверсивных станах горячего и холодного проката различного типа. При контроле толщины алюминиевого проката верхнее значение диапазона толщин проката увеличивается, а при контроле продукции из меди и сплавов на ее основе и золота — уменьшается примерно на 10.20 %.
Характерная особенность РТ последнего поколения — наличие двусторонней связи по входу и выходу с автоматизированной системой управления технологическим процессом стана. Это сделано в целях сведения к минимуму систематической составляющей погрешности, повышения надежности, а также стабильности и достоверности информации об измеряемой толщине и скорости движения контролируемого объекта.
Перечисленные выше РТ серии РИТ-10 работают по прямому методу измерения. Ко всем РТ предъявляются высокие требования, как по точности измерения толщины, так и по линейности выходного сигнала отклонения толщины контролируемого проката от номинальной толщины. Считается обязательным наличие устройств или методов компенсации изменения химического состава сплава и дефектности контролируемого изделия.
На рис. 3 показана обобщенная структурная схема рентгеновского толщиномера, на рис. 4 представлена схема устройства подачи калибровочных образцов, а на рис. 5 представлен алгоритм работы.
РТ (см. рис. 3) состоит из следующих узлов и блоков: источник рентгеновского излучения с блоком питания, управляемым от компьютера через общий приборный интерфейс И8485, гальванически изолирующий модуль обработки и визуализации от преобразователей, установленных непосредственно на стане. ЭВМ, используя канал ввода-вывода, задает значение анодного напряжения (ЦАП1) и тока (ЦАП2) рентгеновской трубки источника излучения и
управляет заслонкой биозащиты. В выключенном состоянии заслонка всегда закрыта, что предотвращает облучение персонала в момент включения прибора и в процессе эксплуатации. Сгенерированное рентгеновской трубкой излучение формируется коллиматором, установленным непосредственно на аноде трубки, после чего проходит сквозь двухсекционную рентге-нопрозрачную реперную камеру 1. Устройство подачи образцов служит для проведения калибровки РТ по встроенному набору стандартных образцов при включении (см. рис. 4). Для привязки текущего положения образцов к началу отсчета служит датчик начального положения. Пучок рентгеновского излучения, пройдя сквозь контролируемый объект, попадает на камеру 2. Выходные сигналы (токи) камер счи-тываются и преобразуются в цифровой код интегрирующими 20-разрядными АЦП1 и АЦП2 с временем преобразования 1.100 мс и возможностью масштабирования входного сигнала. Для согласования величины измеренных сигналов с чувствительностью преобразователя АЦП масштабируется по командам ЭВМ, что позволяет полнее использовать динамический диапазон ионизационных камер. Все ионизационные камеры питаются от единого стабилизированного источника питания и работают в режиме насыщения, что позволяет получить линейную зависимость выходного тока от интенсивности потока излучения. После оцифровки значений входного тока управляющая программа рассчитывает значение текущей толщины контролируемого объекта, используя для этого калибровочные данные в реперных точках, характеристику изменения величины поправки на химический состав материала (см. рис. 2), начальное значение поправки на химический состав материала и аппроксимирующую функцию. Измеренное значение толщины сравнивается с номиналом и вычисляется отклонение толщины от номинала. В графическом и цифровом виде информация
Источник _
рентгеновского излучения г БиоЗащита
Устройство питания источника излучения
Коллиматор 11_ Камера 1 Цч
4-х канальный 20 р интегратор 1
I Датчик начального положения 1->-
-4-
1 : Контролируемое изделие
Последовательный интерфейс 1*5 485
Камера 2
,, 2-х канальный 20 р интегратор 2
Принтер
ЭВМ
Экран
Клавиатура
ПДУ
Терминал
Ввода ЦАП 3
Вывода
Стрелочный
индикатор
АЦП 2
Масштаб
СТАН
Продольное перемещение Поперечное перемещение Биологическая защита на стане
Датчик рабочего положения
Датчик исходного положения
Устройство управления силовыми агрегатами
Цифровой сигнал
ЦАП4
САРТ
Аналоговый сигнал
Датчик наличия изделия в рабочем зазоре преобразователя
Рис. 3. Блок-схема толщиномера серии РИТ-10
отображается на экране монитора (рис. 6). Одновременно с регистрацией сигнала толщины записывается и сигнал скорости движения полосы, что позволяет строить график толщины (отклонения толщины от номинала) для рулона в метрическом масштабе. Данный подход позволяет легко находить участки с отклонением толщины, выходящим за границы допусков, изымать их из готовой продукции, считать в метрах и процентах общую длину рулона и длину участков рулона, толщина которых выходит за границы допуска, как в плюс, так и в минус (см. рис. 6).
Для выдачи сигналов отклонения толщины на стрелочный индикатор, установленный в непосредственной близости от оператора стана, используется цифро-аналоговый преобразователь (ЦАП 3). В САРТ (систему автоматического регулирования толщины) сигнал отклонения в аналоговом виде поступает с ЦАП 4. Для согласования работы РТ и прокатного стана служат датчики рабочего и исходного положения измерительного преобразователя. При включении источника излучения зажигается лампа
«рентген включен». При использовании толщиномера на агрегатах резки подключается датчик наличия изделия в рабочем зазоре преобразователя, управляющий дополнительной
1 — камера; 2, 5 — диски с образцами; 3, 6 — шаговые двигатели; 4 — эталонные образцы; 7 — источник излучения
ключей
Тест оборудования (проверка напряжений и функционирования модулей)
Да
Выбор режима работы
Нет
Разрешение остальных режимов
Повтор
Сообщение оператору
Выкл.
Отображение, анализ результатов
Печать
Калибровка
по скорости
Калибровка по толщине -1
Задание параметров и анализ результатов:
- материал
- толщина
- допуск
- протоколирование
Измерение, расчет текущей толщины и отклонения от заданного номинала. Передача оператору и в САРТ толщины и отклонения
от оператора или системы радиационной защиты
| Да > Запись протокола
Закрытие защиты
Рис. 5. Алгоритм работы толщиномера
Рис. 6. Примеры входной и выходной разнотолщинности проката вдоль рулона
заслонкой, что необходимо для уменьшения времени выхода измерителя на режим измерения. При установке РТ на прокатные станы, оборудованные цифровой системой автоматического регулирования толщины, на нее подаются сигналы толщины проката, поправка на химический состав и марка металла. В РТ предусмотрено три режима работы: калибровка; измерение; анализ результатов и выдача отчетов.
Режим «калибровка» служит для получения необходимых метрологических характеристик прибора во всем диапазоне измеряемых толщин. Калибровка проводится перед началом работы и должна повторяться каждые 8 ч, что необходимо для обеспечения заданной погрешности измерений (рис. 7).
Калибровка РТ по толщине происходит следующим образом. По команде «калибровка по толщине» управляющая программа проверяет наличие связи всех узлов и центрального процессора, после чего начинает проводить измерения потока рентгеновского излучения, попадающего на детектор. В зависимости от конкретной модели РТ число замеров (количество эталонных толщин) различно: от 8 у РИТ-10.2 до 362 у РИТ-10.6. По каждому образцу проводится 16 измерений и вычисление среднего значения потока, дисперсии и среднеквадратичного отклонения для снижения погрешности измерения и влияния на процесс калибровки случайных флуктуаций сигнала. Полученные данные запоминаются и отображаются на
экране для последующего анализа. Данная информация необходима для вычисления толщины контролируемого объекта. Пример окна «результаты калибровки» для толщиномера РИТ-10.5 представлен на рис. 7.
В первом столбце отображены значения толщины эталонных образцов в масштабе 0,1 мкм, во втором столбце приведены значения измеренного сигнала, в третьем столбце отображен вес единицы младшего разряда кода в точке измерения, выраженный в толщине приращения объекта (максимальная дефектоскопическая чувствительность системы в точке), в четвертом столбце дано значение среднеквадратичного отклонения сигнала за время калибровки по каждой эталонной толщине. Из анализа данных хорошо видно, как с увеличением толщины контролируемого объекта уменьшается предел дефектоскопической чувствительности. В зависимости от требуемого диапазона рабочих толщин контролируемого изделия задается оптимальное значение напряжения и тока источника излучения.
После завершения калибровки толщиномер переходит в режим «измерение». Оператор задает номинальное значение толщины проката и поправку на химический состав, открывает радиационную защиту. В рабочий поток измерителя вводится контролируемая полоса. Сигнал на выходе усилителя обратно пропорционален толщине. Получив сигналы с детекторов и преобразовав их в цифровой код, программа вычисляет значение толщины контролируемого
им
'ТбЛщДОа Ьв|3аз£ 1В Измеренное 31 начёние иточет/МКМ : Среднеквад. отклонение
V |32767 13,051 85094759972Е -6 1° ' 1
(2050 132228,5 10,00636082970042044 13,664501 4286041 3
12510 130306,25 10,0082821 2002474737 15,0355877876281 7
|3070 128211.25 10,01 08821 835260756 14,3996753692627
|341 О 123682,1 25 10,01 43990456937458 12,94887079467773
|3930 |21 260,625 10,01 84848752094541 13,73927044868469
|4570 117874,875 10,02556661 23539325 15,46253490447998
|5635 113898,1 25 10,0405450375500292 14,22365808486938
17050 |11459,5 10,061 5263777981 411 11,92724823951721
|8775 1951 5,1 25 10,092221 5945665454 12,7483761 31 05774
110475 17329,625 10,1 4291 31 77686444 12,669269561 76758
|1 2Б70 16258,75 10,20243658877571 4 |1,90862703323364
113905 1471 3,75 10,294388066825776 |1,03509831 428528
11 7225 13533,75 10,48744251 8570923 11,6690459251 4038
|1 91 65 12950,075 10,649468378023468 10,8345229625701 9
|26280 11620,75 |1,621 471 54095326 |1,03509831 428528
131 490 1937,25 13,35982928781 008 |1,03509831 428528
|38325 |491,5 17,79755849440488 11,30930733680725
|501 90 |258 119,453488372093 10,92582011 2228394
|999990 17.625 113114,62295081 97 11,1 87734961 5097
Рис. 7. Окно «Результаты калибровки»
Рис. 8. Паспорт рулона
материала, отклонение от номинала и выдает сигнал в САРТ. Измерения записываются в память компьютера. По окончании измерений массив данных закрывается и записывается в виде бинарного файла на диск для хранения, дальнейшего анализа и формирования паспорта рулона. В процессе измерения на стрелочный индикатор, установленный на пульте управления станом, выдается сигнал отклонения толщины от номинала. Масштаб представления задается оператором в зависимости от толщины проката. Шкала прибора может изменяться от ±10 мкм до ±100 мкм. Если конкретный стан оборудован САРТ, то при каждой смене номинала по цифровому интерфейсу стандарта RS485 (Ethernet_10BaseT, Ethernet_100BaseT, Wi-Fi и др. в зависимости от требований заказчика) в САРТ передается новое значение номинала проката, тип сплава, величина поправки
на химический состав. По окончании проката каждого рулона формируется паспорт рулона (рис. 8).
В цикле измерения в САРТ передается отклонение толщины от номинала в виде аналогового сигнала для САРТ аналогового типа или в аналоговом и цифровом формате для САРТ цифрового типа. Причем крутизна нарастания сигнала регулируется независимо для каждого канала, что позволяет создать комфортные условия для восприятия информации оператору стана и одновременно с этим уменьшить временные задержки и увеличить крутизну нарастания сигнала, поступающего в САРТ.
В зависимости от способа продаж прокатной продукции меняется алгоритм обработки профиля полосы. На рис. 6 показаны профили первого и последнего прохода полосы в прокатном стане. Продажа металла (сортового проката) идет по погонным метрам, а не по весу. Это видно по тому, как толщина проката уводится в минусовую область, практически на границу допуска согласно ТУ. Использование подобного приема позволяет экономить металл и показывает технологический запас точности при изготовлении продукции. Экспериментальные исследования доказали, что степень влияния нестабильности напряжения и тока источника, зондирующего излучения на результаты измерения толщины проката цветных металлов с использованием рентгеновского толщиномера, при применении гетерогенных камер [10] в качестве детекторов, уменьшилась более чем в 10 раз и стала неразличима на фоне квантовых флуктуаций в детекторах.
Для повышения надежности работы и предотвращения выпуска бракованной про-
Рис. 9. Протокол калибровок толщиномера в течение года: а — значение измеренного сигнала; б — среднеквадратичное отклонение сигнала
Рис. 10. Толщиномеры серии РИТ-10: а — РИТ-1.1; б — РИТ-10.2; в — РИТ-10.4; г — РИТ-10.5; д — РИТ-10.6
дукции в РТ встроена система автоматической диагностики. При обнаружении неисправностей на экран выдается сообщение оператору и звуковой сигнал. При выявлении некритичных ошибок, например разового сбоя, система не останавливается, но при повторении ошибок система блокирует работу и выдает протокол ошибок на консоль оператора (рис. 9).
Внешний вид толщиномеров представлен на рис. 10.
Для обеспечения метрологических параметров измерителей толщины были разработаны, сертифицированы и созданы комплекты эталонных образцов. В комплект поставки каждого толщиномера входит набор контрольных образцов, позволяющий проводить поверку прибора.
Литература
[1] Magnetic Testing. X-ray Testing. Ed. Kluyev V.V. Moscow, Publishing house Spektr, 2010,
vol. 1, 1006 p.
[2] Артемьев Б.В. Рентгеновская толщинометрия металлов. Москва, Машиностроение,
2002. 125 с.
[3] Артемьев Б.В., Буклей А.А., Клюев В.В. Радиационный контроль. Москва, СПЕКТР,
2011. 192 с.
[4] Артемьев Б.В. Рентгеновские толщиномеры. Контроль. Диагностика, 2009, № 4, с. 22-25.
[5] Артемьев Б.В., Егоров И.В., Запускалов В.Г., Маслов А.И., Ролик В.А. Рентгеновский
толщиномер. Пат. 2172930 РФ, 2001, бюл. № 24.
[6] Маслов А.И., Запускалов В.Г., Егоров И.В., Трояновский Я.И., Артемьев Б.В., Ро-
лик В.А., Волчков Ю.Е. Рентгеновский измеритель толщины. Пат. 2179706 РФ, 2002, бюл. № 5.
[7] Маслов А.И., Запускалов В.Г., Егоров И.В., Артемьев Б.В., Ролик В.А., Федоров В.А.
Рентгеновский толщиномер. Пат. 2189008 РФ, 2002, бюл. № 25.
[8] Маслов А.И., Запускалов В.Г., Артемьев Б.В., Гусев В.Е., Волчков Ю.Е., Босамыкин В.А.,
Бояринцев Д.С., Ведерников М.Б., Потапов В.Н. Рентгеновский измеритель параметров проката. Пат. 2221220 РФ, 2004, бюл. № 1.
[9] Маслов А.И., Запускалов В.Г., Владимиров Л.В., Гусев В.Е., Артемьев Б.В., Волч-
ков Ю.Е., Бояринцев Д.С., Ведерников М.Б. Рентгеновский способ измерения толщины листовых изделий. Пат. 2234677 РФ, 2004, бюл. № 23.
[10] Артемьев Б.В., Маслов А.И. Возможности многоэлектродных гетерогенных ионизаци-
онных камер для рентгеновской толщинометрии. Дефектоскопия, 2006, № 5, с. 80-86.
References
[1] Magnetic Testing. X-ray Testing. Ed. Kluyev V.V. Moscow, Publishing house Spektr, 2010,
vol. 1, 1006 p.
[2] Artem'ev B.V. Rentgenovskaia tolshchinometriia metallov [X-ray thickness measurement of
metals]. Moscow, Mashinostroenie publ., 2002. 125 p.
[3] Artem'ev B.V., Buklei A.A., Kliuev V.V. Radiatsionnyi kontrol [Radiation monitoring]. Mos-
cow, SPEKTR publ., 2011. 192 p.
[4] Artem'ev B.V. Rentgenovskie tolshchinomery [X-ray Thickness Meter]. Kontrol'. Diagnostika
[Testing. Diagnostics]. 2009, no. 4, pp. 22-25.
[5] Artem'ev B.V., Egorov I.V., Zapuskalov V.G., Maslov A.I., Rolik V.A. Rentgenovskii tol-
shchinomer [X-ray thickness gauge]. Patent RF, no. 2172930, 2001.
[6] Maslov A.I., Zapuskalov V.G., Egorov I.V., Troianovskii Ia.I., Artem'ev B.V., Rolik V.A., Vol-
chkov Iu.E. Rentgenovskii izmeritel tolshchiny [X-ray thickness indicator]. Patent RF, no. 2179706, 2002.
[7] Maslov A.I., Zapuskalov V.G., Egorov I.V., Artem'ev B.V., Rolik V.A., Fedorov V.A. Rent-
genovskii tolshchinomer [X-ray thickness gauge]. Patent RF, no. 2189008, 2002.
[8] Maslov A.I., Zapuskalov V.G., Artem'ev B.V., Gusev V.E., Volchkov Iu.E., Bosamykin V.A.,
Boiarintsev D.S., Vedernikov M.B., Potapov V.N. Rentgenovskii izmeritel parametrov pro-kata [X-ray meter of parameters of rolled product]. Patent RF, no. 2221220, 2004.
[9] Maslov A.I., Zapuskalov V.G., Vladimirov L.V., Gusev V.E., Artem'ev B.V., Volchkov Iu.E.,
Boiarintsev D.S., Vedernikov M.B. Rentgenovskii sposob izmereniia tolshchiny listovykh izdelii [Sheet articles thickness x-ray measurement method]. Patent RF, no. 2234677, 2004.
[10] Artem'ev B.V., Maslov A.I. The capabilities of multielectrode heterogeneous ionization chambers for X-ray thickness measurements. Russian Journal of Nondestructive Testing, 2006, vol. 42, no. 5, pp. 345-349.
Информация об авторах
КЛЮЕВ Владимир Владимирович (Москва) — доктор технических наук, профессор, академик РАН. Президент ассоциации «СПЕКТР-ГРУПП». директор ЗАО НИИИН МНПО «СПЕКТР» (119048, Москва, Российская Федерация, Усачева ул., д. 35, стр. 1).
АРТЕМЬЕВ Борис Викторович (Москва) — доктор технических наук, профессор, академик АЭН РФ. Исполнительный директор ассоциации «СПЕКТР-ГРУПП» (119048, Москва, Российская Федерация, Усачева ул., д. 35, стр. 1, e-mail: [email protected]).
АРТЕМЬЕВ Игорь Борисович (Москва) — инженер ЗАО НИИИН МНПО «СПЕКТР» (119048, Москва, Российская Федерация, Усачева ул., д. 35, стр. 1, e-mail: [email protected]).
КЛЮЕВ Захар Владимирович (Москва) — кандидат технических наук ЗАО НИИИН МНПО «СПЕКТР» (119048, Москва, Российская Федерация, Усачева ул., д. 35, стр. 1).
Статья поступила в редакцию 21.05.2015 Information about the authors
KLYUEV Vladimir Vladimirovich (Moscow) — Doctor of Science (Eng.), Professor, Academician of the Russian Academy of Sciences. President of the Association «Spektr-Group». Director of the Closed joint-stock company «Research Institute of Introscopy of MSIA «Spectrum» (JSC «Spectrum-RII»), (119048, Moscow, Russian Federation, Usachev St., Bldg. 35, Block 1).
ARTEMIEV Boris Viktorovich (Moscow) — Doctor of Science (Eng.), Professor, Academician of the «Academy of Electrotech-nical sciences of the Russian Federation». Chief Executive Officer of the «Spektr-Group», (119048, Moscow, Russian Federation, Usachev St., Bldg. 35, Block 1, e-mail: [email protected]).
ARTEMYEV Igor Borisovich (Moscow) — Engineer, Closed joint-stock company «Research Institute of Introscopy of MSIA «Spectrum» (JSC «Spectrum-RII»), (119048, Moscow, Russian Federation, Usachev St., Bldg. 35, Block 1, e-mail: [email protected]).
KLYUEV Zakhar Vladimirovich (Moscow) — Candidate of Science (Eng.), Closed joint-stock company «Research Institute of Introscopy of MSIA «Spectrum» (JSC «Spectrum-RII»), (119048, Moscow, Russian Federation, Usachev St., Bldg. 35, Block 1).
