专利名称：凸度仪用校准机构的制作方法
技术领域：
本实用新型属于核技术应用领域，特别涉及作为钢厂轧钢生产线上钢带的凸度在线检测设备的校准机构。
背景技术：
凸度仪是钢厂板带材生产和控制的关键设备，能够瞬时连续地测量钢带的横截面厚度分布。凸度仪的结构如图1所示，主体结构为一 C形架11，被测钢带12从C形架上下臂之间穿过，射线源13位于C形架上臂内部，射线源为两台X光机；射线探测器阵列14位于C形架下臂内部，探测器阵列由几百个独立的射线探测器单元排列而成。凸度仪测量被测钢带厚度的基本原理是辐射测量法，可以用公式表示为公式中，t为被测钢带的厚度，I0为射线穿过被测钢带前，也就是射线源发出的射线的强度，I为射线穿过被测钢带后，也就是探测器阵列所测量到的射线的强度，μ为被测钢带的线性吸收系数。如图1所示，射线15穿过被测钢带12时，发生衰减，强度由Itl衰减到I，利用探测器阵列测量射线穿过被测钢带的衰减程度Ιο/Ι，就可以计算出被测钢带的厚度。Itl为无钢带通过设备时探测器阵列14的测量值，I为有被测钢带通过设备时探测器阵列14的测量值。此种凸度仪对钢带厚度的测量精度要求非常高，要求达到千分之一的水平，并且凸度仪在轧钢生产线上往往要连续工作几百个小时。要在这么长的时间里，始终保持千分之一高的高精度，首先要求射线源发出的射线强度Itl的长时间稳定性至少优于千分之一的水平。并且由于公式中μ是与射线源发出的射线能量相关的量，所以，还要求射线源在长时间工作时的能量变化也至少要小于千分之一的水平。综合以上两点，即要求射线源的强度和能量的长时间稳定性都要达到非常高的水平。凸度仪采用X光机作为射线源。X光机的稳定性受电压、温度、湿度以及X光管的老化程度等多种因素影响，在当前的技术条件下，是无法达到凸度仪的精度要求的。以此凸度仪设备选用的国际上具有较高水平的瑞士 COMET公司的XRS-225型X光机为例，其长时间的稳定性也仅能达到百分之几的水平。因此，需要根据射线源的变化对凸度仪设备的工作参数进行调整，以保证设备的测量精度，此操作称为凸度仪的校准。根据对XRS-225型X光机的稳定性测量，其在1个小时之内的稳定性可以达到万分之五的水平，满足凸度仪测量的精度要求。因此只要在不长于一个小时的时长内，对凸度仪进行一次校准操作，就可以使凸度仪的测量精度始终满足千分之一的要求。校准操作只能在凸度仪所在的轧钢生产线上没有钢带轧制的时候进行，也就是两卷钢带之间的时间间隔中间进行。根据钢厂轧钢生产线的普遍情况，一卷钢带最长的轧制时间不超过1个小时。因此，只需要在两卷钢带之间的时间间隔中对凸度仪进行一次校准即可。两卷钢带之间的时间间隔不少于2分钟。据此要求单次校准操作的时间不超过1 分钟。X光机所发出的X射线强度和能量都存在不稳定性，因此校准操作不仅要校准X射线强度的变化，还需要校准X射线能量的变化。X射线强度的变化可以由射线直接从射线源射入探测器时的探测器读数来表示，即只要轧钢生产线上没有钢带通过，射线穿过钢板的厚度为0，即可以对射线源强度的变化进行校准。X射线能量的校准比较复杂。由于X光机所发出的X射线能量并不单一，而是由多种能量组合而成，因此直接对其能量组合进行精确测量难度很大，较难实现。
发明内容本实用新型的目的是为满足一种凸度仪设备进行校准操作的功能要求，设计出一种凸度仪用校准机构，具有结构紧凑，安全可靠，可远程操控的特点；每次到达的校准位置具有高度可重复性。本实用新型设计的一种凸度仪用校准机构，其特征在于，该校准机构为一箱式结构，包括一箱体，固定在箱体内的多个驱动机构，放置在每个驱动机构上的校准片，和与驱动机构通过控制线相连并设置在远离箱体的控制单元，所述的箱体上顶及下底的相应位置开有使射线穿过的长条通孔，该校准片由驱动机构带动沿长条通孔径向移动，使该长条通孔遮盖或开启。所述箱体由顶板、底板、两块侧板连接成的两端敞开的箱体，在箱体内还包括固定在顶板、底板之间的两块竖板，该两块竖板分别位于所述箱体敞开的两端中部，所述多个驱动机构分为两组，每组驱动机构固定在该一块竖板上。本实用新型具有以下功能特点结构紧凑，安全可靠，可远程操控；8个校准片任意组合，其组合厚度覆盖0. 5 24. 9mm的厚度范围，且任何两个相邻组合厚度点之间的间隔不大于0. 5mm ；校准片由气缸驱动，沿导杆运动，每次到达的校准位置具有高度可重复性。
图1为凸度仪结构示意图。图2为本实用新型的校准机构在凸度仪设备中的布置示意图。图3为本实用新型的校准机构总体示意图。图4为本实用新型的单个驱动机构_校准片单元示意图。图5为本实用新型的校准机构校准片推入状态示意图。图6为本实用新型的校准机构校准片退出状态示意图。
具体实施方式
以下结合附图及具体的实施方式对本实用新型做进一步的说明。如图2所示，本实用新型的校准机构23装配在凸度仪C形架上臂21的内部，共有两套，分别布置在两台X光机22的所发出的X射线通路上，用来校准所对应的X光机的不稳定性。两套校准机构完全相同。由于凸度仪C形架上臂内部的空间狭小，要求校准机构的必须紧凑。本实用新型设计的一种凸度仪用校准机构，如图3所示，该校准机构为一箱式结构，包括一箱体，固定在箱体内的多个驱动机构，放置在每个驱动机构上的校准片，和与驱动机构通过控制线相连并设置在远离箱体的控制单元，所述的箱体上顶及下底的相应位置开有使射线穿过的长条通孔，该校准片由驱动机构带动沿长条通孔径向移动，使该长条通孔遮盖或开启。本实用新型的工作原理为射线源的能量跟钢板对于此能量射线的线性吸收系数 μ相关，也就是，穿过固定厚度的钢板，不同能量的射线的衰减程度也不同。因此，可以通过测量射线穿过固定厚度钢板的衰减程度来测量射线能量的变化。这些固定厚度的钢板称为校准片。考虑到凸度仪测量钢带的厚度为一个厚度范围，即凸度仪的测量范围，校准片的厚度也需要有一个厚度范围，这个范围需要覆盖凸度仪的测量范围。因此，本实用新型的校准片设计为一组固定厚度序列的钢板，用这组校准片叠加，得到不同的校准厚度点，厚度点的范围要大于凸度仪的测量范围。此凸度仪的测量范围为0.5 20mm。基于凸度仪测量精度跟校准厚度点之间的关系的理论推算，校准厚度点之间的间隔要求小于0. 5mm。本校准机构各部件的具体实施方式
分别说明如下如图3所示，校准箱31的具体实施方式
是由若干块厚度为IOmm的钢板通过螺栓连接而成，包括由顶板36、底板37、两块侧板35连接成的两端敞开的箱体，和设置在箱体两端中部并固定在顶板36、底板37之间的两块竖板34 (图中只显示出一端的竖板)。IOmm厚的钢板保证了整个校准箱具有足够的刚性和稳定性。顶板36和底板37上中间部位的对应位置均开有50X400mm的长孔39，用于射线的无遮挡穿过。底板的四个角上开有四个直径为16mm的圆孔38，此孔大于连接校准箱和凸度仪C形架上臂内部底板的M8螺栓的外径，因此整个校准箱在水平方向上的位置有正负4mm的调节余量。校准箱总高200mm，满足凸度仪设备对其紧凑性的要求。校准箱内装有8个校准片32，8个驱动机构33。校准片为形状相同、厚度不同的 8片钢板。8片校准片任意叠加组合，可以得到更大范围、间隔更小的校准厚度点。本实施例中8片校准片的厚度序列为0. 5,0. 6,0. 8,1. 0,2. 0,4. 0,8. 0,8. 0mm，用这8个厚度点来组合，组合厚度的范围为0. 5 24. 9mm,并且组合的任何两个厚度点间隔都不大于0. 5mm。 这一厚度序列完全满足该凸度仪设备对校准范围和厚度间隔的要求。8个驱动机构完全相同，选用德国FESTO公司的产品，型号为DFM-16-80-P-A-GF。 8个校准片和8个驱动机构一一连接，成为8组驱动机构-校准片单元，固定在校准箱上两块竖板34上。如图5(垂直于校准箱侧板35的视图，侧板35未画出)所示，8个驱动机构分为两组，每组驱动机构固定在一块竖板上(每一块竖板上安装4个)，在竖直方向上，两两交错，布置紧凑。单个驱动机构-校准片单元如图4所示。为校准片32，由气缸42、导杆43、汽缸体44和托板45组成一整体的驱动机构，气缸与导杆设置在同一气缸体内，托板固定在气缸的活塞上。校准片41固定在托板45上。气缸42为双作用气缸，可拉可推，由压力为6bar 的高压空气驱动，安全可靠，该压缩空气源在凸度仪的应用现场可以方便的获取。气缸的行程两端都设计有缓冲装置，用于减缓校准片从运动到停止时产生的撞击，可以大大减小驱动机构和校准片的连接以及驱动机构和校准箱的连接由于撞击而发生松动的可能。校准片 41由气缸42驱动，在推入(气缸推出)和退出(气缸拉回)两个位置之间切换，推入位置为校准位置，即使校准片处于箱体顶板和底板上的开孔39位置之间。如垂直于校准箱侧板 35的视图图5所示，图5中所有8片校准片都处于推入位置。图6(垂直于校准箱侧板35 的视图，侧板35未画出)中所有8片校准片都处于退出位置。某一片校准片推入到校准位置时，完全遮挡X射线路径；退出时，完全避开X射线路径。两根导杆43和气缸42装配在同一汽缸体44之上。校准片沿导杆43精确地在同一直线上往复运动，保证了校准片每次到达的校准位置具有高度可重复性。保证校准片校准位置的可重复性，对于此校准机构非常关键。根据推算，如果同一校准片，两次推入时，其偏离水平面的角度相差3度，那么给整个设备在此校准片厚度下的测量精度就会带来千分之1. 4的误差。经过测量，本校准机构内的校准片任何两次到达的校准位置的角度偏差都在0. 5度以下，此偏差对整个设备的精度影响在万分之一以下，满足要求。由于凸度仪所在的轧钢生产线为高温、高危的环境。因此校准操作需要远程操作， 本校准机构的控制单元可放置在远离箱体的安全场所，控制单元通过气管与每个驱动机构相连，进行远程自动控制。本实施例的控制单元包括电磁阀和PLC控制器。电磁阀与气缸之间靠软性的气管连接，可以进行灵活方便的布置和走线。通过PLC控制器编程自动控制电磁阀的开闭，进而控制各校准片的顺序推拉动作，可以实现自动和快速的校准操作，满足了凸度仪对校准操作的快速的要求。
权利要求1.一种凸度仪用校准机构，其特征在于，该校准机构为一箱式结构，包括一箱体，固定在箱体内的多个驱动机构，放置在每个驱动机构上的校准片，和与驱动机构通过控制线相连并设置在远离箱体的控制单元，所述的箱体上顶及下底的相应位置开有使射线穿过的长条通孔，该校准片由驱动机构带动沿长条通孔径向移动，使该长条通孔遮盖或开启。
2.如权利要求1所述的校准机构，特征在于，所述箱体由顶板、底板、两块侧板连接成的两端敞开的箱体，在箱体内还包括固定在顶板、底板之间的两块竖板，该两块竖板分别位于所述箱体敞开的两端中部，所述多个驱动机构分为两组，每组驱动机构固定在该一块竖板上。
3.如权利要求1所述的校准机构，特征在于，所述驱动机构由气缸、导杆、汽缸体和托板组成，气缸与导杆设置在同一气缸体内，托板固定在气缸的活塞上。
4.如权利要求1、2或3所述的校准机构，特征在于，所述驱动机构为8个，校准片为形状相同、厚度不同的8片钢板；8片校准片的厚度序列为0. 5,0. 6,0. 8,1. 0,2. 0,4. 0,8. 0、 8. Omm0
专利摘要本实用新型涉及凸度仪用校准机构，属于核技术应用领域，该校准机构为一箱式结构，包括一箱体，固定在箱体内的多个驱动机构，放置在每个驱动机构上的校准片，和与驱动机构通过控制线相连并设置在远离箱体的控制单元，所述的箱体上顶及下底的相应位置开有使射线穿过的长条通孔，该校准片由驱动机构带动沿长条通孔径向移动，使该长条通孔遮盖或开启。
文档编号G01B15/02GK202109893SQ20112012585
公开日2012年1月11日 申请日期2011年4月26日 优先权日2011年4月26日
发明者吴志芳, 李立涛, 王振涛 申请人:清华大学